一种高强钢筋及其控制混凝土板类受弯构件最小配筋百分率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钢筋及其生产工艺，具体的说是一种高强钢筋及其控制混凝土板 类受弯构件最小配筋百分率的方法。
【背景技术】
[0002] 高强钢筋是指钢筋混凝土用和预应力钢筋混凝土用钢材，其横截面为圆形，有时 为带有圆角的方形。包括光圆钢筋、带肋钢筋、扭转钢筋。现有技术中，钢筋按按力学性 能分I级钢筋（235/370级）；II级钢筋（335/510级）；111级钢筋（370/570)和IV级钢筋 (540/835)。后两种钢筋即为高强钢筋。
[0003] 高强钢筋种常见种类如下：
[0004] ⑴微合金热乳带肋钢筋：通过添加钒（V)、铌（NB)等合金元素提高屈服强度和极 限强度的热乳带肋钢筋。通过添加钒（V)、铌（NB)等合金元素，可以显著提高钢筋的屈服强 度和极限强度、同事延性和施工适应性能较好。其牌号为HRB，如标注为HRB400、HRB500的 高强钢筋，就分别代表为微合金化的屈服强度标准值为400MPA级、500Mpa级的热乳带肋钢 筋。由于要增加微合金，原料成本较高，国内钒（V)、铌（NB)等合金元素储量不足，后期要依 靠进口。二次回炉成本高，由于加入了合金元素，回炉后，钢水中含有大量合金，二次使用乳 制质量不稳定。分离合金技术不成熟，分离成本高。
[0005] ⑵高延性冷乳带肋钢筋：热乳圆盘条经冷乳成型及回火热处理获得的具有较高延 性的冷乳带肋钢筋。高延性冷乳带肋钢筋，是国内近年来研制开发的新型高强带肋钢筋，其 生产工艺增加了回火热处理过程，有明显的屈服点，强度和伸长率指标均有显著提高列入 了国家行业标准《冷乳带肋钢筋混凝土结构技术规程》JGJ95-2011中。CRB600H高延性冷 乳带肋钢筋抗拉强度标准值为600Mpa，屈服强度标准值520Mpa，抗拉强度设计值415MPA， 最大力下总伸长率（均匀伸长率）3 5%。此种钢筋可加工性能良好，而价格却较低，用作 板类构件的受力钢筋和分布钢筋以及梁、柱中的箍筋构造钢筋，既可减少钢筋用量，又可降 低造价，社会效益和经济效益均十分明显。2012年国家住房建设部开始推广，起步较晚，各 地产能有待增加。
[0006] ⑶余热处理钢筋：以乳钢时进行淬水处理并利用芯部的余热对钢筋的表层实现回 火，提高钢筋强度并避免脆性，余热处理钢筋的牌号为RRB。如标注为RRB400的高强钢筋， 就代表为余热处理的屈服强度标准值为400Mpa级的热乳带肋钢筋。此种钢筋只需在乳钢 最后过程中以淬水方式进行热处理，其成本最低，强度能达到高强钢筋的要求，但延性、可 焊性及施工适应性相对较差。
[0007] ⑷细晶粒热乳带肋钢筋：通过乳钢是进行淬水处理并利用芯部的余热对钢筋的表 层实现回火，以提高强度避免脆性的热乳带肋钢筋。乳钢是采用特殊的控扎和控冷工艺， 是钢筋金相组织的晶粒细化、强度提高。该工艺既能提高强度又保持了较好的延性，达到 了混凝土结构中使用高强钢筋的要求。细晶粒钢筋的其牌号为HRBF，如标注为HRBF400、 HRBF500的高强钢筋，就代表为细晶粒化的屈服强度标准值为400MPA级、500MPA级的热乳 带肋钢筋。此种钢筋需要较大的设备投入与较高的工艺要求，钢筋的强度指数与延性性能 都能满足要求，可焊性一般。
[0008] 以上现有的高强钢筋屈服强度都达不到600MPa级及以上。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是，如何平衡V+Ti+Nb组合元素的析出强化和细晶强 化，既可以提高屈服强度和抗拉强度，又不降低塑性，屈服强度可达600MPa级及以上，使高 强钢筋用于混凝土板类受弯构件时，将混凝土板类受弯构件的最小配筋百分率设定为〇. 15 和45ft/fy中的较大值。
[0010] 为了解决以上技术问题，本申请发明人通过研究发现，将钢的成分中V、Ti、Nb与 其它必要元素进行合理的组合，可解决以上技术问题。
[0011] 本发明解决以上技术问题的技术方案是：
[0012] 一种高强钢筋，其化学成分及重量百分比为：C:0. 18-0. 28%，Si:0.45-0. 85%， Mn:1. 35-1. 65%，V+Ti+Nb组合元素：0? 09-0. 26%，Cr:0? 01-0. 06%，Ni:0? 01-0. 06%，Cu: 0-0? 05%，Mo:0-0? 01%，P彡 0? 025%，S彡 0? 025%，N:0? 005-0. 015%，余量为Fe和不可 避免的杂质；V+Ti+Nb组合元素为Ti和Nb中的至少一种与V的组合；V+Ti+Nb组合元素 中，V、Ti和Nb占整个高强钢筋的重量百分比分别为：V:0. 05-0. 25%，Ti:0. 01-0. 1%，Nb: 0? 005-0. 05 % 〇
[0013] 本发明高强钢筋的生产工艺流程为：转炉冶炼、LF精炼、小方坯连铸、棒材乳制和 冷床冷却；其中，转炉冶炼、LF精炼以及小方坯连铸都为现有工艺，小方坯连铸采用洁净钢 和无缺陷连铸坯的工艺技术，合金成分和钢中氮气含量和精确控制，连铸坯的内在和表面 质量优良的连铸小方坯；其中棒材乳制工序中，乳制速度为11. 0-18. 0m/s，加热段温度为 1100±50°C，均热段温度为1200±50°C，开乳温度为1100±40°C;冷床冷却工序中，上冷床 温度多960°C。本发明采用的控乳控冷技术乳制，以充分发挥微合金元素的作用，完成钢材 的组织控制，确保强度和塑性性能符合标准或相关技术要求，本发明高强钢筋的屈服强度 可达到600MPa级及以上。
[0014] 本发明的高强钢筋控制混凝土板类受弯构件最小配筋百分率的方法，将本明的高 强钢筋用于混凝土板类受弯构件，将混凝土板类受弯构件的最小配筋百分率设定为〇. 15 和45ft/fy中的较大值，其中fy为本发明高强钢筋的抗拉强度值，f,为混凝土板类受弯构件 轴心抗拉强度值。
[0015] 本发明钢成分中各元素的作用为：
[0016] 碳（C):钢中C在钢中形成各种碳化物，显著提高钢的强度，钢筋的屈服强度和抗 拉强度随C含量增加而升高，塑性降低，焊接性能恶化；为了平衡钢的屈服强度、抗拉强度 随和塑性，使本发明的高强钢盘具有较高的屈服强度和抗拉强度，但又不降低塑性，故控制 0? 18-0. 28 % 〇
[0017] 硅（Si):钢中Si能溶解于铁素体中提高其强度，钢筋中Si含量大于0. 50%时，屈 服强度和抗拉强度随Si增加有明显提升，塑性降低，焊接性能恶化，为了平衡钢的屈服强 度、抗拉强度随和塑性，使本发明的高强钢盘具有较高的屈服强度和抗拉强度，但又不降低 塑性，故控制Si:0? 45-0. 85%。
[0018] 锰（Mn):钢中Mn能溶解于渗碳体中或以固溶状态存在，显著提高钢的强度，螺纹 钢筋的屈服强度和抗拉强度随Mn含量增加而升高，降低焊接性能，为了平衡钢的屈服强 度、抗拉强度随和塑性，使本发明的高强钢盘具有较高的屈服强度和抗拉强度，但又不降低 塑性，故控制Mn:1. 35-1. 65%。
[0019] V+Ti+Nb组合元素的作用：钢筋的热乳过程中的应变诱导析出的Nb、V、Ti的氮化 物沉淀在晶界或亚晶界和位错上，阻止奥氏体在晶粒和位错起的运动，起钉扎作用，抑制了 再结晶过程的进行；TiN和Nb(CN)在热乳过程中其在钢中弥散分布对控制高温下结晶的 长大有强烈的抑制作用；Nb、V、Ti的碳化物和氮化物在奥氏体中有一定的溶解度，在乳制 过程中这些微合金元素提高了奥氏体的稳定性，降低了发生共析铁素体和珠光体的温度范 围，使形成的铁素体和珠光体更细小。
[0020] 本发明控制N含量为0. 005-0. 015%，配合V+Ti+Nb组合元素的含量，可以平衡析 出强化和细晶强化，既可以提高钒碳氮化物的析出驱动力，同时又可以增加细小析出相的 比例，提高了屈服强度。
[0021] 本发明进一步限定的技术方案是：
[0022] 前述的高强钢筋，其化学成分及重量百分比为：C:0. 18%，Si:0. 45%，Mn: 1. 35 %,V：0. 19 %,Ti：0. 02 %,Nb：0. 015%,Cr：0. 01 %,Ni：0. 01 %,P：0. 009 %,S： 0. 003%，N:0. 005%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0023] 前述的高强钢筋，其化学成分及重量百分比为：C:0. 26%，Si:0. 71%，Mn: 1. 51 %,V：0. 24 %,Nb：0. 009%,Cr：0. 025%,Ni：0. 03 %,Cu：0. 02 %,Mo：0. 01 %,P： 0. 008%，S:0. 009%，N:0. 009%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0024] 前述的高强钢筋，其化学成分及重量百分比为：C:0. 28%，Si:0. 85%，Mn: 1. 65 %,V：0. 14 %,Ti：0. 08 %,Cr